鈦對(duì)液體和固體產(chǎn)生不了反應(yīng)，結(jié)合不了，王水也奈何不了它，然而，鈦對(duì)氣體卻十分投緣，喜歡跟氮、氧、氫、二氧化碳、水蒸氣、甲烷等許多氣體相結(jié)合。鈦的這個(gè)特性能產(chǎn)生妙用，為我們所用。

　　想必大家都欣賞過(guò)節(jié)日夜晚五光十色的焰火吧？這里就有鈦的一份功勞！當(dāng)鈦粉和氧氣迅速結(jié)合而燃燒的時(shí)候，能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的高溫和光輝。焰火不但可以在節(jié)日里增強(qiáng)歡樂(lè)的氣氛，而且可以作為軍事上的信號(hào)彈，用來(lái)指示目標(biāo)或傳達(dá)命令。在弧光燈中加進(jìn)適量的鈦的化合物，可以增加它的亮度。利用鈦對(duì)空氣的強(qiáng)大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比如說(shuō)，利用鈦制成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十萬(wàn)萬(wàn)萬(wàn)分之一。在冶金工業(yè)中，加少量的鈦到鋼或其他金屬里，“吃掉”里面的氣體和雜質(zhì)，能夠起到很好的脫氧除氮的作用，還能消除硫的有害影響，從而改善鋼和其他合金的機(jī)械性能，提高它們的抗蝕能力。

　　工業(yè)純鈦是按照雜質(zhì)元素的含量劃分等級(jí)的

　　鈦有許多明顯優(yōu)越的特性：密度小（4.5kg/m3）、熔點(diǎn)高（1660℃）、耐腐蝕性強(qiáng)、比強(qiáng)度高、塑性好，還可以通過(guò)合金化及熱處理的辦法制造出力學(xué)性能高的各種合金,是較為理想的航天工程結(jié)構(gòu)材料。含一定量的氧、氮、碳、硅、鐵及其他元素雜質(zhì)的α相鈦。具有優(yōu)良的沖壓工藝性能，好的焊接性能，對(duì)熱處理及組織類型不敏感，在令人滿意的塑性條件下具有一定的強(qiáng)度。

　　工業(yè)純鈦是按照雜質(zhì)元素的含量劃分等級(jí)的。它的強(qiáng)度主要取決于間隙元素氧、氮的含量。它在海水中具有高的抗腐蝕性能，但在無(wú)機(jī)酸中較差。一般用于制造在-253～350℃溫度下工作的、受力不大的各種板材零件或鍛件，也可制造鉚釘線材和管材。應(yīng)用舉例:工業(yè)上除采用工業(yè)純鈦制造零件以外，大量使用的是鈦合金。它在航空、航天、化工、造船等工業(yè)部門獲得日益廣泛的應(yīng)用,制造燃?xì)廨啓C(jī)部件,制作假體裝置等生物材料。

　　鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60％，純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，見(jiàn)表7-1，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

　　鈦合金是一種新型結(jié)構(gòu)材料，它具有優(yōu)異的綜合性能，如密度小（4.5gcm-3），比強(qiáng)度和比斷裂韌性高，疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好，低溫韌性良好，抗蝕性能優(yōu)異，某些鈦合金的最高工作溫度為550/C，預(yù)期可達(dá)700/C。因此它在航空、航天、化工、造船等工業(yè)部門獲得日益廣泛的應(yīng)用，發(fā)展迅猛。輕合金、鋼等的（σ0.2/密度）與溫度的關(guān)系，鈦合金的比強(qiáng)高于其他輕金屬、鋼和鎳合金，并且這一優(yōu)勢(shì)可以保持到500/C左右，因此某些鈦合金適于制造燃?xì)廨啓C(jī)部件。我公司生產(chǎn)鈦棒、鈦板:TC4、TA0、TA1、TA2、TC3鈦產(chǎn)量中約80%用于航空和宇航工業(yè)。例如美國(guó)的B-1轟炸機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料中，鈦合金約占21%，主要用于制造機(jī)身、機(jī)翼、蒙皮和承力構(gòu)件。F-15戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料，鈦合金用量達(dá)7000kg，約占結(jié)構(gòu)重量的34%。波音757客機(jī)的結(jié)構(gòu)件，鈦合金約占5%，用量達(dá)3640kg。麥克唐納道格拉斯/公司生產(chǎn)的DC10飛機(jī)，鈦合金用量達(dá)5500kg，占結(jié)構(gòu)重量的10%以上。在化學(xué)和一般工程領(lǐng)域的鈦用量：美國(guó)約占其產(chǎn)量的15%，歐洲約占40%。由于鈦及其合金的優(yōu)異抗蝕性能，良好的力學(xué)性能，以及合格的組織相容性，使它用于制作假體裝置等生物材料鈦的應(yīng)用鈦在軍工中的應(yīng)用

　　鈦是二戰(zhàn)后欲40年代末至50年代開(kāi)始與工業(yè)化生產(chǎn)并逐步發(fā)展起來(lái)的一種高性能的重要結(jié)構(gòu)材料。起最早的應(yīng)用，就是為軍事航空工業(yè)提供高性能材料。隨著各國(guó)軍事工業(yè)的發(fā)展，鈦的應(yīng)用領(lǐng)域被不斷拓寬。至今，鈦已在航空航天、核能、艦船、兵器等諸多領(lǐng)域獲得越來(lái)越多的應(yīng)用，成為重要的戰(zhàn)略金屬材料。其應(yīng)用水平也成為衡量一個(gè)國(guó)家武器裝備先進(jìn)程度，反映一個(gè)國(guó)家的軍事水平和軍事實(shí)力的重要指標(biāo)。

　　鈦在軍事工業(yè)上使用，主要是基于鈦及鈦合金具有的優(yōu)異性能：（1）減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)效率。先進(jìn)的戰(zhàn)技性能要求飛機(jī)具有比較低的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)（即機(jī)體結(jié)構(gòu)質(zhì)量/飛機(jī)正常起飛質(zhì)量），鈦合金的密度小，比強(qiáng)度高，代替結(jié)構(gòu)鋼和高溫合金，能大幅度減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。（2）鈦合金的耐熱性符合高溫要求。目前經(jīng)合金化后的熱強(qiáng)鈦合金最高使用溫度可達(dá)500°C~600°C，結(jié)構(gòu)鈦合金的使用溫度也可達(dá)300°C~400°C，常用的TI-64V能在350°C下長(zhǎng)期工作，在飛機(jī)的高溫部未（如后機(jī)身等）可取代高溫使用性能不能滿足要求的鋁合金，TC11能在500°C下長(zhǎng)期工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部件可取代高溫合金和不銹鋼。（3）可與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)匹配。為減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量和滿足隱身要求，先進(jìn)飛機(jī)大量使用復(fù)合材料，鈦與復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度匹配較好，能獲得很好的減重效果，同時(shí)，由于二者的電位比較接近，不易產(chǎn)生電偶腐蝕。（4）優(yōu)異的耐腐蝕性。鈦在中性和氧化性氣氛及眾多惡劣環(huán)境中具有比其它金屬材料更優(yōu)異的耐蝕性能，受環(huán)境條件制約的程度小。

　　除上述特性外，鈦還具有高韌性、高彈性、無(wú)磁等諸多優(yōu)點(diǎn)。這些都為鈦在軍事工業(yè)中的應(yīng)用提供了可選擇的條件。

　　1.1鈦的生產(chǎn)及軍工用鈦概況

　　自1948年美國(guó)開(kāi)始海綿鈦的工業(yè)化生產(chǎn)、1951年生產(chǎn)出鈦加工以來(lái)，鈦首先用于飛機(jī)上。1954年鈦用于J57航空發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)裝于B-52戰(zhàn)略轟炸機(jī)上。其后的一段時(shí)期，美國(guó)生產(chǎn)的鈦材基本上用于軍事工業(yè)，尤其以航空為主。60年代以后，才逐步擴(kuò)大民用領(lǐng)域的用鈦比例。現(xiàn)在，美國(guó)軍工用鈦的比例已遠(yuǎn)低于包括民用航空在內(nèi)的餓民用比例。但由于鈦的總產(chǎn)量比以前有大幅度增加，實(shí)際上軍工用鈦的數(shù)量則比以前高得多。

　　1.2鈦在飛機(jī)上的應(yīng)用

　　鈦合金是當(dāng)代飛機(jī)和發(fā)射極的主要結(jié)構(gòu)材料之一，美國(guó)在80年代以后設(shè)計(jì)的各種先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中，鈦的餓用量已在20%以上。如第三代F-15戰(zhàn)斗機(jī)的鈦合金用量占27%，而第四代F-22H戰(zhàn)斗機(jī)的餓鈦合金用量占41%。

　　1.2.1F-22戰(zhàn)斗機(jī)

　　F-22戰(zhàn)斗機(jī)是美國(guó)洛克西德公司、波音公司和通用動(dòng)力公司設(shè)計(jì)的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)，是目前世界上具有代表性的第四代戰(zhàn)斗機(jī)。它首次將隱身、高機(jī)動(dòng)性和敏捷性、不加力超音速巡航等特性融于一體，將作為美國(guó)空軍2000年以后的主力制空機(jī)種。

　　在選材方面，主要考慮的因素有：（1）非常規(guī)機(jī)動(dòng)帶來(lái)的減重要求；（2）超音速巡航導(dǎo)致的抗持續(xù)加溫要求；（3）有隱身引出的主力制空機(jī)種。

　　可以看出，設(shè)想的鈦合金用量不利為15.9%，而進(jìn)入工程制造和發(fā)展階段，鈦合金的餓比例已提高到41%。

　　F-22主要使用了兩種鈦合金：Ti-62222(Ti-6AL-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo)和Ti-6AL-4V。Ti-6AL-4V有鍛態(tài)和鑄態(tài)兩種產(chǎn)品形式，Ti-6AL-4VELI合金在β退火條件下使用，另外，還使用了Ti-6AL-4V液態(tài)導(dǎo)管；Ti-62222僅擁鍛態(tài)產(chǎn)品形式。在F-22的后機(jī)身段，鈦的結(jié)構(gòu)質(zhì)量達(dá)55%，多為耐熱鈦合金，其中也采用了Ti-6AL-4VELI懷曼.戈登公司提供了發(fā)動(dòng)機(jī)艙隔框。隔框?yàn)檎w式Ti-6AL-4V鍛件。該鍛件長(zhǎng)工3.8m，寬1.7m,重1590kg，投影面積大于5平方米。復(fù)雜的中機(jī)身段30%為鈦，有4個(gè)鍛造的鈦合金整體式承力框，其中最大的重2770kg，投影面積5.5.平方米，也是由懷曼.戈登公司提供。機(jī)翼結(jié)構(gòu)中鈦占42%，住翼梁是由鈦合金鍛件切削而成。F-22中一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是用鈦合金制造主承力結(jié)構(gòu)的復(fù)雜零件，采用熱等靜壓技術(shù)，用一個(gè)復(fù)雜形狀的鑄件代替多零件的組裝件，如復(fù)翼、襟復(fù)翼、方向舵制動(dòng)器殼體、機(jī)體上連接機(jī)翼與機(jī)身的側(cè)向接頭及進(jìn)氣口框架。

　　F-22的發(fā)動(dòng)機(jī)上還采用了美國(guó)新發(fā)展的阻燃鈦合金alloyC，E用于高壓壓氣機(jī)機(jī)匣、加力燃燒室筒體及尾噴管上。

　　1.2.2F/A-18艦載飛機(jī)

　　對(duì)于艦載飛機(jī)，要求使用的材料：（1）有良好的綜合性能，即具有高的疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性；（2）具有防鹽霧、潮濕及霉菌的能力；（3）隱身性。

　　在F/A-18中，鈦合金主要用于飛機(jī)的承力框縱梁、翼根和尾部結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部位。所用鈦合金主要有Ti-6AL-4V和Ti-15-3(Ti-15Mo-3Al-3Sn-3Cr)。機(jī)身和機(jī)翼接頭均采用β退火的Ti-6AL-4V，而制動(dòng)器扭力管用Ti-6AL-4V鑄件。另外，為降低成本，提高材料利用率，在著陸攔阻鉤支架接頭及發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架還采用了熱等靜壓的Ti-6AL-4V粉治金制造。

　　1.2.3其它

　　聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗（JSF）是一種低成本、多用途戰(zhàn)術(shù)攻擊戰(zhàn)斗機(jī)，將取代美國(guó)空軍現(xiàn)役的F-16C和A-10、海軍的F/A-18E/F、海軍路戰(zhàn)隊(duì)的F/A-18和AV-8B等機(jī)型，與F-22g一起構(gòu)成新一代戰(zhàn)斗機(jī)的高、低搭配。目前，波音公司和洛克西德公司.馬丁公司已分別完成了X-32和X-35驗(yàn)證機(jī)的研制工作。JSF定單已超過(guò)3000架，估計(jì)其總用鈦量可達(dá)55000t。將來(lái)JSF的定單可能達(dá)到6000架。

　　V-22是美國(guó)貝爾直升機(jī)公司為海軍路戰(zhàn)隊(duì)研制的運(yùn)輸型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，具有直升機(jī)能垂直起降、懸停等飛機(jī)與遠(yuǎn)航程的優(yōu)點(diǎn)，又增強(qiáng)了固定翼飛機(jī)高速飛行與遠(yuǎn)航的優(yōu)點(diǎn)，有MV-22突擊運(yùn)輸型、HV-22戰(zhàn)搜索和救援型、CV-22遠(yuǎn)程作戰(zhàn)型和SV-22反潛型等多種型號(hào)。V-22傾轉(zhuǎn)懸翼機(jī)是能與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或直升機(jī)的發(fā)明相媲美的技術(shù)。其中風(fēng)檔密封框架、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙主結(jié)構(gòu)、主放火強(qiáng)等使用了鈦合金，而作為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)主要支承件的傳動(dòng)接頭，則由Howmet公司用一個(gè)整體鈦鑄件取代了原有的43個(gè)元件和536個(gè)緊固件。

　　1.3.鈦在戰(zhàn)車上的應(yīng)用

　　隨著反裝甲威脅的日益增加，防護(hù)裝甲也越來(lái)專項(xiàng)厚，戰(zhàn)車的質(zhì)量在最近十年中增加了15%-20%，嚴(yán)重影響其運(yùn)輸能力及機(jī)動(dòng)性。用鈦合金替代軋制均質(zhì)裝甲鋼是件重的有效途徑。

　　在美國(guó)，鈦合金已用雜M1“艾布拉母斯”主戰(zhàn)坦克、M2“布萊德雷”戰(zhàn)車上。針對(duì)M1主戰(zhàn)坦克主戰(zhàn)坦克，美國(guó)陸軍研部件究了許多可應(yīng)用鈦合金的部件，例如設(shè)計(jì)了鈦坦克炮塔輕4t。美國(guó)還開(kāi)展了用鈦合金取代扎制均質(zhì)鋼制造坦克其它部件的技術(shù)項(xiàng)目。在該項(xiàng)目的第一個(gè)階段中，生產(chǎn)和鑒定了兩組部件，每組包括7個(gè)部件：回轉(zhuǎn)炮塔板，核、生物和化學(xué)武器對(duì)抗系統(tǒng)護(hù)蓋，炮手主瞄準(zhǔn)具罩，發(fā)動(dòng)機(jī)頂蓋，炮塔樞軸架，指揮艙蓋和車長(zhǎng)執(zhí)成像觀察儀罩，上述鈦合金部件可是M1主戰(zhàn)坦克減重475kg，在第二個(gè)階段中，選擇了回轉(zhuǎn)炮塔板和炮手主瞄準(zhǔn)具罩交付生產(chǎn)。通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司已承包制造這兩種部件。該改進(jìn)計(jì)劃始于1996年10月，在隨后5年中將改進(jìn)580輛M1A2主戰(zhàn)坦克。在實(shí)施該改進(jìn)計(jì)劃的過(guò)程中，還有可能采用其它的鈦合金部件，例如鑄造鈦合金炮塔座圈。用Ti-6Al-4V替代裝甲鋼，在不降低坦克的防護(hù)水平的情況下，可達(dá)到減重的目的。在M1主戰(zhàn)坦克上，還將繼續(xù)考慮鈦伯替代伯。M2戰(zhàn)車上，鈦主要用于指揮艙蓋和頂部攻擊裝甲的改進(jìn)。M2的指揮艙蓋是美國(guó)陸軍首次應(yīng)用低成本鈦合金的部件，該艙蓋原來(lái)采用鍛造鋁合金的制成，現(xiàn)在已用鍛造Ti-6Al-4V合金制造，指揮艙蓋每個(gè)重68kg，要用100mm-127mm厚的鈦板加工而成，總計(jì)喲1000輛M2戰(zhàn)車要改裝，1997年已開(kāi)始第一批，改裝了580輛，頂部攻擊裝甲用80mm厚的肽板，已改裝了91輛。改用鈦合金材料后，減輕重量35%，并大大增加了防彈能力。加強(qiáng)M2戰(zhàn)車裝甲的一個(gè)措施是，在某些特定部位采用鍛造鈦合金附加裝假以防大口徑彈藥的攻擊。

　　M113裝甲人員運(yùn)輸車也采用鈦合金附加裝甲，以提高裝甲的防彈能力，但相對(duì)于裝甲鋼，鈦還是太貴，如果氏鈦價(jià)格能降至能接受的水平，M113裝甲輸送車即可用鈦改進(jìn)防護(hù)水平。若將50%的M113用鈦改進(jìn)，大約要用80000t，如側(cè)面保護(hù)的附加裝甲要用32mm厚的鈦板，重1026kg，而前斜裝甲則需58.8mm厚的鈦板，重751kg。

　　火炮系統(tǒng)中，兩種155mm輕型牽引榴彈跑大量使用了鈦合金。美國(guó)聯(lián)合防務(wù)有限公司發(fā)展的裝甲火炮系統(tǒng)，采用了鈦合金附加霜家。在未來(lái)“十字軍戰(zhàn)士”155mm自行榴彈跑中，有許多部件要使用鈦合金。

　　美國(guó)海軍路戰(zhàn)隊(duì)正在尋求減輕先進(jìn)兩棲突擊車質(zhì)量的各種方案。一種方案是采用輕型裝甲。另一方案是用鈦合金氏鋼制造負(fù)重輪，平衡臂，負(fù)重齒輪箱等部件。盡管鈦合金性能優(yōu)良，但因?yàn)閮r(jià)格高而不能廣泛應(yīng)喲內(nèi)于國(guó)防領(lǐng)域。

　　近年，美國(guó)對(duì)低成本鈦合金的研究力度加大，并開(kāi)發(fā)了一些軍用低成本鈦合金，如Timet以Fe-Mo代替Al-Mo中間合金制造而成Timetal62S,RMI放寬氧含量控制水平，制成富氧的Ti-6Al-4V-0.250，它們的機(jī)械性能和抗彈能力等指標(biāo)等于或超過(guò)Ti-6Al-4V的相應(yīng)值，查成本卻較低。在未來(lái)的戰(zhàn)車和為炮系統(tǒng)中，美國(guó)陸軍將用低成本鈦合金取代扎制均質(zhì)裝甲鋼的鋁合金制造裝甲和零部件。低成本鈦合金在海軍和空軍裝備中也將有很大的應(yīng)用潛力。因海水腐蝕，海軍艦船上每年大約需要換97km熱交換器用的餓銅鎳合金管，用鈦合金制造該管，可延長(zhǎng)使用壽命，大量節(jié)省維修和維護(hù)費(fèi)用，美國(guó)空軍也對(duì)低成本鈦合金具有極大興趣。

　　隨著冷戰(zhàn)結(jié)束及軍備和軍費(fèi)削減，軍用飛機(jī)產(chǎn)量也降到幾十年來(lái)的低點(diǎn)。鈦的消費(fèi)量隨之減少，然而，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)以及其后潛在威脅喚起了對(duì)空中優(yōu)勢(shì)的新一輪需求。因此軍用飛機(jī)未來(lái)是增長(zhǎng)的，以下是對(duì)2003-2001個(gè)型飛機(jī)生產(chǎn)的初步預(yù)測(cè)。

　　C-17至2008年，空軍已敲定180架采購(gòu)單，預(yù)測(cè)自2004年起產(chǎn)量穩(wěn)定在15架/a。按計(jì)劃至少應(yīng)當(dāng)需要222架，而且商業(yè)運(yùn)輸和軍事出口還可能是該數(shù)字有所增加。

　　F-15預(yù)測(cè)還需83架，美國(guó)本土10架，40架K型機(jī)為韓國(guó)制造，另外出口33架。

　　F/A-18預(yù)計(jì)制造416架，以確保海軍擁有足夠裝備至少10個(gè)航母編隊(duì)的新型戰(zhàn)斗機(jī)。在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)服役前，E/F機(jī)型可能會(huì)替換全部現(xiàn)有機(jī)型。

　　歐洲斗士將于2002年交付首批飛機(jī)，在預(yù)測(cè)見(jiàn)內(nèi)將制造409架。

　　F-22將于2003年早些時(shí)候開(kāi)始交貨。由于成本問(wèn)題，總的餓交貨計(jì)劃尚未確定，但在此期間內(nèi)第三方先已預(yù)計(jì)訂購(gòu)185架。

　　F-35目前正進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)和發(fā)展時(shí)期，將制造14架飛行樣機(jī)和8架非飛行樣機(jī)。預(yù)計(jì)2010年生產(chǎn)60架，因此對(duì)未來(lái)10年鈦工業(yè)影響是最小的。

　　綜上所述未來(lái)8年預(yù)計(jì)制造的飛機(jī)將吵過(guò)2003架，平均每年296架，較前8年同比增加43%，假如上述計(jì)劃完全實(shí)現(xiàn)并交貨及時(shí)，則目前預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確的，即2003-2006年制造飛機(jī)將超過(guò)200架/a，2007-2010年超過(guò)300架/a，據(jù)此，從2003年到2010年，鈦用于軍用飛機(jī)的消費(fèi)量是增長(zhǎng)的。到2010年時(shí)，軍用飛機(jī)用鈦量可望增加到約5000t，比2003年預(yù)測(cè)消費(fèi)量增加33%。